2014年7月31日 星期四

肥胖必然等於不健康嗎?

兩隻胖老鼠之中,去除掉ho-1基因的老鼠相對於另一隻胖老鼠來得健康。
相片版權:JOHANNES FABER
原文作者/ Priyanka Pulla (Science Magazine)
翻譯改寫/ Gilver    

在現代的觀念裡,肥胖經常被當成不健康的體態,因為它經常帶來糖尿病、心血管疾病等慢性疾病。不過,科學家注意到在肥胖者族群裡,有一小撮的人雖然肥胖、卻可以胖得健康。這些人可能藏著預防第二型糖尿病的關鍵。

關於肥胖健康者的生理狀態,內分泌學家Ravi Retnakaran認為他們正處於一個邁向代謝疾病的過度態;在2014年也有一篇研究14000位韓國籍代謝正常的受試者,在他們的動脈裡發現早期血管阻塞沉澱形成的跡象。而最近,維也納醫學大學的科學家Harald Esterbuer最新的研究報導則宣稱他們可能找到與胖而不病有關的蛋白質,稱做HO-1蛋白(全名為 heme oxygenase-1,血紅素氧化酵素)。

HO-1蛋白能夠抑制(suppress)發炎反應,特別是在第二型糖尿病的例子裡,HO-1蛋白能抑制胰島細胞被高濃度養份刺激分泌胰島素。科學家研究44名健康肥胖者和6名健康的人,發現44名健康肥胖者中,27名出現胰島素耐受性的初期症狀,而這正是第二型糖尿病的早期跡象;另外17名健康肥胖者對胰島素的反應則正常;然後,科學家檢測這兩組健康肥胖者的HO-1蛋白在組織內的含量,發現前者的HO-1蛋白含量是後者的兩倍。這支持Retnakaran的觀點:肥胖健康者可能處在一種步入不健康的生理狀態。

接著,科學家又針對HO-1蛋白的基因進行操作實驗。在第一組裡,實驗老鼠的HO-1基因被去掉(knock-out),再給牠們吃高熱量的食物,結果發現牠們在攝食後,增加的體重和一般的老鼠並無不同,對胰島素的敏感性也維持正常;在第二組實驗老鼠,則是過度表現HO-1基因,結果牠們出現了胰島素耐受性,亦即第二型糖尿病的前兆。

在未來,科學家將對HO-1基因進行更多的研究,從生理學的角度探討HO-1如何造成發炎反應,才有機會知道是否能夠利用它避免肥胖者罹患第二型糖尿病。這篇相關研究發表《Cell》期刊上。

2014年7月5日 星期六

蛾表示:燃料廢氣麥來亂

FLORIS VAN BREUGAL, ART IN NATURE PHOTOGRAPHY
原文作者/ Priyanka Pulla (Science Magazine)
翻譯改寫/ Gilver    
科學家一般認為蛾跟狗都是屬於嗅覺靈敏的生物,能夠在遙遠之地憑藉氣味尋找到他們想要的食物。但最新的一篇研究指出:汽車廢氣的某些成分,可能會干擾蛾類覓食。

科學家利用風洞噴送各種氣味,包括他們的主食美國曼陀羅花(sacred datura)的香味,混合在常長在曼陀羅旁的蒺藜(creosote)以及一些燃料揮發物作為「背景氣味」,測試菸草天蛾(Manduca sexta)是否仍然能精準的找到氣味源。由蛾類用來偵測氣味的觸角突(antenna-lobe)反應訊號結果比較發現,這兩種類型的「背景氣味」都使得菸草天蛾尋找曼陀羅花香的行為受到干擾,可能是因為這些氣味化合物多具有類似的苯環結構,使得蛾類難以分辨它們的差別。

類似的情形無獨有偶,在蜂類也有發現。或許我們可能會覺得,被干擾了就找下一朵就好啦?但對這種把許多熱量都花在振翅飛翔的小昆蟲來說,寶貴的能量每分每秒可是都在消耗呢!

掉進滅絕漩渦,就回不去了

685640_1曲紋唇魚。圖片版權:Taiwan Wiki
上圖這隻臉看起來憨乎乎的海中大傢伙,是俗稱「蘇眉魚」的曲紋唇魚(Cheilinus undulatus),因其經濟價值而遭受過度捕撈、導致數量過少,已於今年七月正式被列入《保育類野生動物名錄》,成為禁捕的魚種。可能有人會認為:有總比沒有好吧!牠們再生更多小魚出來不就好了嗎?然而,跟大自然有關的事情,往往不是三言兩語就能概括,也不總是如人類所想的這麼簡單。一旦某個物種的族群量小到某個程度,就可能會落入「滅絕漩渦」(extinction vortex),萬劫不復。

族群 & 遺傳多樣性的概念


要談什麼是滅絕漩渦,首先要定義一下所謂的「族群」(population)。「族群」指的是某個時空之下,相同物種生物所組成的群體,例如「金門的緬甸蟒」、「合歡山的玉山杜鵑」或是「牆內的第104期調查兵團」。在同一個族群裡,雖然大家都屬相同物種、遺傳基因組成大同小異,但這些「小異」之處卻是維繫整個族群存續的重要元素。在生物學上,這被稱作是生物族群基因庫的「遺傳多樣性」。
小丸子班相
我們可以想像,在一個班級裡有各式各樣的同學,高矮胖瘦各有不同,也各有各的專長,這就是遺傳多樣性的展現。如果同一族群裡的成員體質或技能多樣性越高,未來遇到未知的挑戰時,有些傢伙能夠存活下來的機會就越大,使得整個族群不至於完全毀滅。此外,遺傳多樣性高還有另外一個優點,就是可以減少近親交配的機率,避免讓不良隱性性狀的基因表現,造成近交衰退(inbreeding depression)的問題。

那麼,什麼是滅絕漩渦呢?

55.10滅絕漩渦的示意圖。圖片版權:Pearson Education
滅絕漩渦是保育生物學及生態學上,用以描述某一生物族群邁入滅絕風險的連鎖效應,通常發生在個體數目少的族群中。如果族群量(population size)也就是族群的個體數目持續下降,一旦低到某一程度,就有極高風險落入滅絕漩渦,使得整個族群邁向難以挽救的衰亡,這個族群量的門檻稱為「最小可存活族群」(minimum viable population)。
隨著時間過去,近親交配以及遺傳漂變(genetic drift)的影響漸大,使得遺傳多樣性降低。於是,大家變得越來越像、族群內個體的同質性越來越高,個體適應能力越來越差,繁殖成功率越來越低,死亡率越來越高,族群量一年比一年少。最後,族群在滅絕漩渦中終結,再也回不去了。
12975002414957在帛琉、馬爾地夫等發展潛水觀光事業的海洋島嶼國家,蘇眉魚在當地可是珍貴的金雞母,觀光客可是掏錢潛水去看牠的相形之下,台灣竭澤而漁的做法與殺雞取卵無異。對於這些瀕危的物種,比較適當的做法應該是先求評估,若族群量容許才制定適當的利用規範,而不是趁這些稀有的生物被列入保育前瘋狂捕抓,事後才來想怎麼復育。保育若不及時,一旦落入滅絕漩渦,事後再怎麼努力也是枉然。
此文章亦刊載於 泛科學PanSci

2014年4月14日 星期一

細菌電池,咁唔可能?


掃描式電子顯微鏡下的沼澤紅假單孢菌。比例尺長度為3微米。 (Girguis et al, 2014)

原文作者/ Lisa Winter (I Fucking Love Science)   
翻譯改寫/ Gilver    原文連結 Scientists Reveal How Microbe 'Eats' Electricity

某些微生物看似簡單,卻能從一些極端來源中獲取能量,例如硫磺、甲酸和礦物。而現在哈佛大學 Peter Girguis 的研究團隊發現了一種細菌,竟然能從環境中汲取電子、作為能量來源。這項研究成果發表在2014年的Nature Communications。(連結請點我)
「沼澤紅假單胞菌」(Rhodopseudomonas palustris )是一種革蘭氏陰性菌,它的特別之處在於能夠依據所處環境的不同,調整獲得能量的方式。它能夠倚賴光能行使自營和異營生活,也能利用化學能進行自營或異營生活。不過,這種彈性調整能源獲取方式的特色卻造成了微生物學家的困惑。有鑑於此,Girguis的研究團隊著眼在光能代謝模式的研究,進而找到了一些答案。
對於多數的生物來說,電子是他們體內不可或缺的能量貨幣,透過氧化還原反應,電子能夠在電子提供者(electron donor)和電子受體(electron acceptor)之間互相傳遞。然而,對一般生物而言,電子傳遞得在溶液中進行,但在圖中這種TIE-1品系的沼澤紅假單孢菌,卻可以透過細胞外電子傳遞途徑,從固態物質取得電子、獲得能量。至今,這個細胞代謝過程的機制仍然是個謎。
在過去,科學家認為這些細菌係經由鐵獲得電子,但在了解它們的代謝途徑後,Girguis 表示鐵並不必然是它們的唯一選項。研究指出,當這些細菌直接暴露在電極旁,它們就能從電極上頭取得電子,並以二氧化碳作為電子受體以獲得能量。而在後續的實驗中,Girguis 找到了主要負責獲取電子的基因 Rpal,缺少這個基因的細菌會喪失66% 獲取自由電子的能力。
RuBisCo (核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶) 是種在生物學領域中相當重要的蛋白質,在自然界裡,RuBisCo是植物行光合作用、將大氣中的無機碳固定下來的重要工具;而對沼澤紅假單胞菌而言,它也同樣利用這種蛋白質,把二氧化碳轉變成自己需要的儲能物質。在陽光的活化之下,製造這種蛋白質的基因被啟動,並開始從環境中汲取電子。不過,細菌所需要的電子來源,也就是鐵質都存在陽光照射不到的地下。科學家發現:當細菌身處在沉積物的表面時,它們能夠從地上、地下各取所需,在光的照射之下,它們就能從下方的沉積物汲取電子。
雖然現在這些細菌被認為可以用來製造電池,但Girguis並不確定它是否會成為有效的能量來源。他反而是注意到它們有很大的機會能夠應用在醫藥工業中,用以製造一些他們有興趣的、且僅憑電力供應就能製造的東西。

延伸閱讀:

2014年3月26日 星期三

織巢鳥的大宅院

這造型詭異的巨大懸掛物,是織巢鳥的家。照片版權為Dillion Marsh所有。

原文作者/ Hannah Waters (Culturing Science)    翻譯/ Gilver
原文連結/ Why Sociable Weavers Nest Together

Dillon Marsh在南非的喀拉哈里沙漠(Kalahari Desert)拍下了織巢鳥(social weaver)造型吸睛的鳥巢,勾勒出野生動物與人類文明共域的美麗景象。這些電線桿上的詭異草堆是織巢鳥一同築起、一同維護的社區,數以百計的鳴鳥們即以此為家。雖然人類和荒野地景的交融已經顯得新鮮,但最顯得古怪的或許還是這些巢本身。到底為什麼織巢鳥們要選擇住在這麼一個複雜的巢中呢?

這些鳥巢的意義其實遠不僅止於織巢鳥(Philetairus socius)的複合公寓而已—它可是世代成員同心協力的幼雛養成所。多數種類的鳴鳥在滿一歲前就能繁殖,但織巢鳥鮮少在兩歲前獲得生殖能力。為此,這些「少年鳥」轉而協助扶養其他巢裡的鄰居—有些是他們的兄弟姊妹—有些甚至是毫不相關的別家幼鳥,牠們幫忙收集食物並幫忙打理環境,像是確保巢內隔間的蓬鬆、或是修葺巢外的樹枝與乾草。

為什麼這些少年鳥仔要跨越家人的界線、幫助那些和自己不相干的成員呢?牠們的生活史或許是一個答案。南非的沙漠雖然又熱又乾,卻是個非常穩定的環境。這些鳥不必遷徙、也不必忍受酷烈的季節變換。牠們一生之中最備受威脅的時候就是幼雛的時期,將近70%的織巢鳥幼雛會落入蛇腹之中。

一旦長成,牠們可以活到將近10年之久,多數可以活過一年又一年。壽命長的特性使得他們有很多時間可以扶幼,而且一旦開始就會全心全意去做。許多織巢鳥一年會下2~6顆蛋,每年至少生4次、甚至可以多到9次,並耗去大部分的時光在扶養幼雛上。

然而,即使棲息地的條件非常穩定,找到食物仍然是織巢鳥的難題。牠們大多以昆蟲和種子為食,但這兩項資源的豐沛度隨著沙漠的降雨量而有很大的波動。有一群開普敦大學的學者們想要測試食物獲取容易度(food availability)是否會影響織巢鳥首次繁殖的時間。他們每日去撒種子、增加食物獲取容易度,使得外出蒐集糧食的風險降低。結果發現,許多少年鳥仔提早一年進入生殖期,少數的鳥仔則仍在幫忙打理鳥巢。

若以演化學的角度來解釋,這麼說是行得通的:一個活得久的物種會等到給幼雛的食物較豐沛的時候,才來製造較多的後代,而不是冒著生命危險在糧食短缺的時候扶幼。而且,在取得食物的好時機來臨之前,牠們可能也會幫忙打理巢穴,確保這個家足夠穩固,足以繼續支持世世代代。

更多織巢鳥鳥巢造型,請參見Dillion Marsh的攝影作品集《Assilimilation》

2014年3月13日 星期四

「小強剋星」:扁頭泥蜂的死亡外科手術台

正在「動手術」的扁頭泥蜂。照片由Ram Gal (Ben-Gurion University)所有。

原文作者/ Carl Zimmer    翻譯/ Gilver
原文連結 Crawling Through The Brain Without Getting Lost

為了下一代的未來,把小強改造成殭屍

如果你沒聽說過這個小傢伙,就讓我來介紹牠給你認識吧。扁頭泥蜂(Jewel wasp)學名叫做Ampulex compressa生活史的第一階段是個寄生蟲,而且就在活生生的美洲大蠊(俗稱美洲蟑螂)身體裡。牠何來的本事跑進蟑螂的身體裡呢?這個問題的答案頗為有趣、也很陰森牠的媽媽會動神經外科手術。

首先,雌泥蜂會尋找一隻蟑螂,並且埋伏這隻衰蟲。她首先螫刺蟑螂的胸部,並且注入麻痺性的毒液,效力可達幾分鐘。然後,她抽出她的刺,緊接著又來第二發注射這次瞄準的是蟑螂的頭部,在蟑螂腦部的另外兩處再打些化學物質進去。

蟑螂身體下方及神經分布卡通圖,紅箭頭指示的是螫刺處。圖片版權由Quade Paul所有。

這蟑螂的下場是變成了殭屍。當這隻手術檯上的受害者從麻痺中轉醒時,將會完全失去逃跑或是戰鬥的意願。接著,泥蜂用觸角把蟑螂一路拉到地洞中,就像用狗鍊拴著狗一樣,並在地洞中把卵黏附在蟑螂的下腹,離開並把洞口封上。在黑暗中,受過死亡手術的蟑螂毫無動作,待泥蜂幼蟲自卵孵化後,任憑幼蟲在它身上咬出一個洞。而在幼蟲從這個洞飽餐後,它會溜進這只軀殼。下次它探出頭來的時候,就已經是隻泥蜂成體了。

探出頭的泥蜂成體。照片版權為Ram Gal所有。

在整個襲擊過程中,扁頭泥蜂將「殭屍藥」注射到蟑螂腦部可說是最叫人不舒服的部分。本-古里安大學(Ben-Gurion University) 的學者 Fredric Libersat 和他的研究團隊已經研究扁頭泥蜂超過20年,且持續有新發現。現在他們將研究成果發表在PLOS One期刊上,論文請按此

解開死亡外科手術的秘密

真希望哪天我能變成扁頭泥蜂。(設計旁白) 照片來源連結

要知道這注射手術有多麼鬼靈精怪,就想想醫生是怎麼將藥物送入人腦內的吧。醫生會掃描病人的腦部、描繪出3D的剖面圖,接著將病人的頭部擺到一個籠型容器上,在顱骨上鑽個洞,然後緩慢的將注射管推入腦中。而扁頭泥蜂,相同的注射任務只要大約一分鐘就能完成,至於腦部掃描則是連看都不看。

之所以能下手如此厲害,要歸功於扁頭泥蜂獨特的螫刺。它大約2mm長,能夠刺入蟑螂脖子、一路彎入腦袋。螫刺的尖端有兩組瓣閥:一組產卵用,另一組注射毒液用。兩組瓣閥以槽舌榫式(tongue-and-groove)排列、彼此連鎖,可以透過滑動的方式,使得泥蜂能用同一個器官下蛋或是螫刺。

泥蜂螫刺的局部放大圖,紅箭頭為觸覺感知的鐘形突起,黑箭頭為觸覺、化學感知的半球形突起。(Gal et al PLOS One)

科學家也發現螫刺上散布著小小的隆起物有些像鐘形,有些則像半球形。每個鐘形隆起物的內部有個觸覺感知(touch-sensitive)的神經末梢,而半球形隆起物除了觸覺感知神經末梢以外,還有分布四到五個化學感知(chemical-sensitive)的神經末梢。科學家把電極放到泥蜂的神經系統中,並把牠的螫刺推入模擬蟑螂腦的橡膠塊,好知道這些隆起物的作用是什麼。在螫刺頂端的隆起物被推入橡膠塊時,泥蜂的神經起了活性。這個反應顯示泥蜂用牠的螫刺去感知蟑螂腦的穿刺路徑。

為了檢驗真偽,科學家把泥蜂螫刺上的隆起物去掉,讓牠們在這種條件下去攻擊蟑螂。結果泥蜂用來探測蟑螂腦的平均時間從只花一分鐘變成將近二十分鐘。如同你所猜想的:泥蜂忽然無法找到腦部穿刺路徑。

改造蟑螂

科學家接著進行另一種實驗方法,讓健康的泥蜂來對付各種改造蟑螂。某些蟑螂被改造成腦袋空空的「無腦蟑螂」;某些腦袋用軟硬度不同的橡膠掉包,變成「軟橡膠腦蟑螂」和「硬橡膠腦蟑螂」;有一批蟑螂腦部被注射毒素,使得神經活動受到阻斷的「靜默蟑螂」;此外還有一批腦部被剪刀搗爛的「腦殘蟑螂」。

他們發現有一些改造蟑螂對泥蜂形同挑戰,但不是全部改造蟑螂都這樣。面對「無腦蟑螂」,雌蜂花了超過10分鐘探測腦袋的所在;面對「軟橡膠腦蟑螂」,雌蜂花在螫刺的時間也變長了。在一番徒勞無功後,雌蜂會撤回它的螫刺,當然沒有注射「殭屍藥」。

然而,當雌蜂遇上了「硬橡膠腦蟑螂」,她們只花了一分鐘螫刺蟑螂,而且還在受害者的腦中留下毒液。而在「靜默蟑螂」的實驗結果也相同。這暗示著泥蜂在穿刺蟑螂腦部時,並不透過(神經)電活性來探測穿刺路徑。另一方面,「腦殘蟑螂」則是讓泥蜂徒然摸索,這顯示泥蜂不只要要感受到蟑螂的腦還需要感受到蟑螂腦中不同的部分,才知道螫刺要怎麼走。

綜合以上,這些實驗結果訴說著一個故事--自演化得來的精細感知器官的適應。它不以多用途感知為適應目標,而是僅用於以觸覺偵測蟑螂腦內路徑的功用。然而,關於這個感知器官的壯闊故事或許還沒被全然揭露。在他們的新研究裡,Libersat 的研究團隊還不確定具有化學感知能力的半球形隆起物是為何而存在。

如果說,這些泥蜂是用「嚐的」找出蟑螂腦內的穿刺路徑呢?有可能。或許,半球形隆起物能提供我們更多其他的資訊。科學家推測這些半球形隆起物能夠讓雌泥蜂「嚐」出毒液的存在,好讓她在進行注射時能夠控制劑量(神經藥理學!)。也或許,這些泥蜂能夠嚐看看蟑螂頭裡有沒有其他寄生蟲的幼蟲,如此一來她可能就會放棄這隻已經被捷足先登的蟑螂,另外找一個新鮮的。


譯註:
作者保證他會在有人提出解答時讓大家知道。同時,作者也在2012TED-Ed演講時介紹扁頭泥蜂。如果你覺得看完本文和影片仍然意猶未盡,不妨去翻翻作者的著作《Parasite Rex》

另外,對其他昆蟲進行活體改造的寄生型昆蟲還有許多例子,例如小繭蜂科的瓢蟲繭蜂(Dinocampus coccinellae),可見科技大觀園的科普文章寄生蜂

2014年2月25日 星期二

怪奇科學:研究不尋常的演化現象,為啥重要?

測試海產能夠跑多久的研究,加上配樂變成了這支熱門影片。影片轉載自Youtube。

原文Patricia L. R. Brennan, Duncan J. Irschick, Norman Johnson, and Craig Albertson
翻譯/ Gilver
原文出處/ BioScience (2014) (2014年2月6日發表) 連結請

鴨子奇妙的那話兒壁虎「攀岩走壁」的秘密武器演化呈現給我們許多不可思議的生物奇蹟;充滿好奇心的科學家面對大千世界,提出了無數的疑問。從小我們就知道,透過思考與實驗可以幫助我們去找到許多問題的答案,但在現實的學術界裡,絕大多數的研究都要花錢,學者們要絞盡腦汁博得審查委員們的青睞。有些研究特別稀奇古怪,比如說美國有份研究好奇「海產可以跑多快?」,竟花費了將近50萬美金。為什麼政府要資助這些看似派不上用處的基礎科學研究呢?如果把錢都拿去投資應用科學研究,會比較好嗎?

怪奇科學:研究不尋常的演化現象,為啥重要?

在美國,對預算赤字的關切正促使政府犧牲掉基礎科學,把研究基金用來資助功利主義和轉譯醫學[1]。科學資助的決策正面臨著政治化的風險,減少對基礎科學的資助常被當作是避免政府浪費支出的正當方式。確實,批評者們已經列出數個獲得政府資助的浪費案例[2],近年的例子則有像是鴨的陰莖、測試蝦可以跑多久、機器人松鼠和螺的性事。這些遭受批評的研究計畫通常是研究生物不尋常的型態或者行為,但對社會沒有明顯的應用價值。

        會有這些批評聲浪出現其實不需多加說明。在這個艱困的經濟時期,特別是和那些試圖治癒疾病、再生能源或是改良農業的應用科學相比,研究這些怪異的演化議題乍看之下似乎顯得毫無意義,尤其美國國家科學基金會(NSF)要求所有政府資助的研究計畫不分領域,全都得提出它在經濟上的影響力。有些生物學家甚至因此建議我們認為是被誤導的生物學應該要著手解決基礎科學和應用科學之間的分界,特別是那些面臨應用困難的計畫[3]Aarssen(2013)甚至主張:「大學的研究若不抱持著社會利益的想法運作,早就已經自生自滅。」[4]

        這種觀點的問題在於,它預設人類的創新是在符合邏輯的程序下,從規畫好的研究中誕生,但歷史告訴我們的卻不是這樣。創新經常從未必相關的事物誕生。在2012年成立的「金鵝獎」(Golden Goose Awards),即是認可那些聽起來或許怪異、卻意外產生保健或經濟效益的研究計畫[5]。雖然追求應用導向的研究或許是個確保資金的良策,但我們仍主張:若降低我們運用創造力去檢驗獨特生物現象的能力,最終損失的不只是教育和健康,也危害了我們創新的能力—而這也是驅動全球經濟的主力。

        生物體的研究常著重在演化上的創新那些生物的結構和發生在他們身上的罕見現象,使新功能或某些行為成為可能。這些適應叫人感到意外,且可能看起來相當古怪,但它們是超過三十億年的演化產物,且常與新棲地的拓荒成敗相關。而現在這些關於古怪適應的研究,已經開始朝科技應用邁進,卻是以基礎科學問題的姿態現身在世人面前。在本篇文章中,我們特別點出幾個例子,期望能對任何反對資助基礎生物學研究的人有所幫助。

演化的創新與科技

從地熱湖中嗜熱細菌發現Taq聚合酶,促使生物學研究往前邁進一大步。圖片轉載自墨爾本大學

        研究仿生學的非營利組織「仿生學院」(The Biomimicry Institute)已經累積了超過2000項以演化創新為靈感的科技,包括效能更高的太陽能電池板、絕緣玻璃、醫用/工業用黏合膠。另外還有應用在軍武的例子,像是以螳螂蝦(mantis shrimp)附肢結構性質為原型的人體護甲、奠基於昆蟲結構色發展的隱形科技,以及模擬動物移動的小型機器人Geckskin是種可重複使用、不含塗膠的膠布,貼在光滑表面上最高載重可達700磅,擁有多種用途。而它,正是數十年研究壁虎腳掌解剖構造的成果。壁虎的腳掌底覆蓋著數百萬根的軟毛能與表面服貼,產生牢固的附著力,使壁虎能夠上下游走。然而,直到最近才有公司理解到「壁虎膠布」的商業利益。創新總自基礎科學中誕生,但不一定很快,也不容易一眼就看出來。而在Geckskin問世之前,數百篇壁虎研究使開發商足以有效的測試他們的想法和原型。

        或許在科技應用的怪異生物基礎研究中,最為人所知的成功案例會是Taq 聚合酶。它是一種廣泛應用的酵素,能在生物體外更有效率的複製DNATaq 聚合酶的發現來自一篇黃石國家公園的研究,它研究的是光合生物沿著溫度梯度變化的分布情形,學者們想知道這些不尋常的微生物怎麼能在這些險峻棲地中存活下來?[6]1967年第一項研究成果發表的時候,距離應用開發還有足足20年。今日,許多現代的分子生物知識得以發展,正是因為人們能夠應用Taq聚合酶進行「聚合酶連鎖反應」(Polymerase Chain Reaction, PCR)、在生物體外有效的複製DNA。這項創新也為醫療、工業化農業、甚至刑事司法系統都帶來莫大好處。

演化的創新與醫療

演化學上這些異變的生物,可以做為研究人類疾病的參考模型 (Albertson et al.,2008)[7]

有些研究各種生物體內物質的基礎科學,已經促成許多藥物的開發。例如有一種前途看好的糖尿病新藥exenatide便是來自鈍尾毒蜥(Gila monster)毒液成分的研究。

許多生物的演化創新能夠用以模擬複雜的人類疾病,當成實驗室的研究材料[7],例如麗脂鯉(Blind cavefish)的視網膜退化、軀體白化,還有骨骼密度退化的南極冰魚(Antarctic icefish),都提供了解人類疾病的研究材料。甚至,近年來有資料顯示某些特定的人類疾病基因在演化的過程中被修飾,如同狗被馴養的體型變化,還有棘魚(Sticklebacks)淡水種的骨質鎧甲退化,研究非傳統動物的演化創新遂成為和人類健康相關的事情。就連近年來被強調是浪費錢的鴨陰莖研究[8][9],現在也認為能夠用來了解一種常見的人類陰莖疾病「尿道下裂」(hypospadias)的發育進程[10]

此外,「怪異研究容易被人們了解」這件事有好有壞。或許就因為普羅大眾容易看懂這些怪異生物的研究,使得它們經常被非科學家在政治場合批評;不過新聞大量報導的生物科學故事,卻也顯示出故事本身具有大眾魅力,可以在教育上發揮作用。尤其對於美國這個只有40%民眾同意生物是透過自然歷程演化而來的地方[11],讓這些故事來支持大眾的科學參與顯得頗為重要。

演化的創新和投資未來

        如果基礎科學真有其經濟效益,為什麼不把投資基礎科學這件事留給私人部門呢?這個看法的問題在於通常私人部門期待在投資後2~3年內就能得到回報,基礎科學卻可能需要持續數十年才會有經濟獲利產生,沒人能肯定任何一個基礎科學研究計畫最後都會成為直觀的實際應用。正因為這種不可預期性,基礎科學需要長期的承諾,而這種承諾最適合各州或聯邦政府來實現。

        科學的創新是來自許多要素好奇心、創造力、知識,而那些能夠改變人們生活的靈感,正是萌生自基礎科學和應用科學之間歷久不衰的知識連結網。然而,根據NSF組織的資料顯示,透過整合生物系統部門(Division of Integrative and Organismal Systems)核准的個體生物學資金比例從2001年的28%降至2010年的17%,有些計劃甚至只拿到10%;然而期間內的計畫提案卻增加了43%,總預算卻依舊。雖然2001年時總預算是5.114億,2013年總預算數字是6.7893億,但根據生物科學董事會(Directorate for Biological Sciences)在計算通貨膨脹的影響後,其實2013年總預算是相近於2001年的5.1483億。這意味著:許多擁有傑出研究點子的年輕科學家,將失去追求他們研究的機會。

        從基礎生物研究所獲得的啟發與理解,告訴我們生物問題無所不在。少了追求奇特個體生物學和演化生物學知識必要的維繫資金,經濟體系將必然無法利用大自然難能可貴的能力去進行改革、創新。


參考文獻:
[1]  Hand E, Mole B, Morello L, Tollefson J, Waldman M, Witze A. 2013. A back seat for basic science. Nature 496: 277–279.
[2]  Fahrenthold DA. 2013. Private parts and public funding: A researcher champions oddball science. Washington Post 08 April 2013. (2 December 2013;  http://articles.washingtonpost.com/2013-04-08/lifestyle/38371443_1_science-lovers-duck-the-national-science-foundation)
[3]  Cooke SJ. 2011. On the basic–applied continuum in ecology and evolution and a call to action: Perspectives of an early career researcher in academia. Ideas in Ecology and Evolution 4: 37–39.
[4]  Aarssen LW. 2013. Valuation branding for bio-science research in the twenty-first century. BioScience 63: 417–418.
[5]  Underwood E. 2012. First Golden Goose Awards honor ideas that hatched unexpectedly. Science Insider 10 September 2012. (2  December 2013;  http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2012/09/first-golden-goose-awards-honor.html)
[6] Brock TD. 1997. The value of basic research: Discovery of  Thermus aquaticus and other extreme thermophiles. Genetics 146: 1207–1210.
[7] Albertson RC, Cresko W, Detrich HW, Postlethwait JH. 2008. Evolutionary mutant models for human disease.  Trends in Genetics 25: 74–81.
[8] Brennan P[LR]. 2013. Why I study duck genitalia. Slate 2 April 2013. (2 December 2013; http://slate.com/articles/health_and_science/science/2013/04/duck_penis_controversy_nsf_is_right_to_fund_basic_research_that_conservatives.html)
[9] Coburn T. 2013. Wastebook #4. (28 January 2013; www.coburn.senate.gov/public/index.cfm?a=Files.Serve&File_id=d204730e-4a24-4711-b1db-99bb6c29d4b6)
[10] Zimmer C. 2013. The sex life of birds, and why it’s important. New York Times 6 June 2013. (2 December 2013; http://nytimes.com/2013/06/06/science/the-sex-life-of-birdsand-why-its-important.html)
[11] Belief in evolution (http://www.data360.org/graph_group.aspx?Graph_Group_Id=286)